《Bi0.5Na0.5TiO3基無鉛壓電陶瓷的複雜疇結構》是依託杭州電子科技大學，由毛敏敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Bi0.5Na0.5TiO3基無鉛壓電陶瓷的複雜疇結構
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：毛敏敏
- 依託單位：杭州電子科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）基無鉛壓電材料被認為最有希望取代傳統鉛基材料，其電疇對性能起著至關重要的影響，且具有複雜疇結構，而目前尚缺乏對複雜疇結構的充分認識和系統研究。本項目擬通過以透射電鏡為主結合多種先進電子顯微學的研究分析方法，系統研究BNT基無鉛壓電陶瓷複雜疇的組織形態、相組成、晶體結構和氧八面體傾轉等方面的相互聯繫和影響規律。在微觀層面特別是納米尺度範圍內，利用高分辨成像、球差矯正成像等電鏡技術對複雜疇界面結構進行深入探究，闡明界面區域的結構過渡機制。同時，採用原位電鏡技術研究複雜疇在外加電場和加熱條件下的結構演變規律。在此基礎上，結合第一性原理計算和相場理論等方法，建立複雜疇的物理圖像和數學模型，揭示複雜疇結構的本質。通過本項目的研究，將為BNT基無鉛壓電陶瓷的性能調控提供理論依據和指導，並為高性能無鉛壓電陶瓷的發展和套用奠定基礎。
結題摘要
具有鈣鈦礦結構的鈦酸鉍鈉（Bi0.5Na0.5TiO3，縮寫為BNT）基無鉛壓電材料被認為是最有潛力取代含鉛壓電材料的候選者之一，其性能與疇結構緊密相關。然而，BNT基壓電陶瓷具有多種晶體結構，形成了相應的複雜疇結構。而目前對其複雜疇結構的認識還不充分，嚴重影響了BNT基壓電陶瓷性能的提高及其調控。本項目基於以上現狀，以加有第三組分的Bi0.5Na0.5TiO3-Bi0.5K0.5TiO3（BNT-BKT）二元體系作為主要研究對象，主要採用透射電鏡觀察和相關微結構分析方法，研究了成分、相組成、晶體結構和氧八面體傾轉對複雜疇分布、形態、尺寸、性質等方面的影響，得到了以下結果：（1）隨著第三組分的加入，容易造成複雜疇的尺寸減小，發生納米化現象。原有的菱方和四方鐵電相減少，偽立方相逐漸增多，並在一定範圍內多相共存。相應地，觀察到了鐵電疇與反鐵電疇的共存，分別對應a-a-a-和a0a0c+的氧八面體傾轉模式。其中，具有a0a0c+的反鐵電疇在空間上同時存在abc三個方向上的分量，並呈現納米尺度分布。（2）隨著溫度的升高，菱方相對應的鐵電疇減少，偽立方相對應的反鐵電疇增加；隨著施加電場強度的增加，一定區域的電疇具有增大融合的趨勢。（3）利用晶體學、物理學和數學等方面的知識綜合分析，提出了一種關於氧八面體傾轉體系的符號描述，深入研究了氧八面體傾轉的結構變化規律，構築了複雜疇內部和界面可能存在的結構變化模型，初步建立了複雜疇及相應氧八面體傾轉結構變化的物理圖像。本項目獲得的以上結果，揭示了BNT基無鉛壓電陶瓷的複雜疇結構本質，為此類乃至鈣鈦礦類壓電陶瓷的改性提供了有力的理論支持。同時，這也大大豐富了氧八面體傾轉及相關電疇的結構理論，為鈣鈦礦結構材料的性能調控以及新型鈣鈦礦材料的開發和設計提供了指南。
